Suivi des plans d’eau en Afrique de l’Ouest par télédétection : analyse du régime hydrologique par une approche multi-capteurs et classification par réseau de neurones

Soutenance de thèse de doctorat de Mathilde de Fleury.

Les membres du jury sont :
Mr Pierre-Louis Frison – Rapporteur (Maître de conférences, Université Gustave Eiffel)
Mme Stéphanie Horion – Rapporteure (Associate professor, University of Copenhaguen)
Mr Nicolas Delbart – Examinateur (Professeur des universités, Université Paris Cité)
Mme Marielle Gosset – Examinatrice (Directrice de recherche, IRD Toulouse)
Mme Catherine Ottlé – Examinatrice (Directrice de recherche, Université Paris-Saclay – LSCE)
Mme Manuela Grippa – Co-directrice (Physicienne Adjointe – CNAP, Université Toulouse 3 Paul Sabatier)
Mr Éric Mougin – Directeur (Directeur de recherche, CNRS Toulouse)
Mr Laurent Kergoat – Invité/co-encadrant (Chargé de recherche, CNRS Toulouse) 

Résumé :
L’ Afrique de l’Ouest abrite un grand nombre de plans d’eau, incluant des lacs, des mares et des réservoirs, souvent de petite taille, jouant un rôle essentiel dans la vie des populations locales. Malgré leur importance, ces ressources sont peu étudiées, notamment en raison du manque de données de terrain. La télédétection permet l’observation des eaux de surfaces continentales, mais la résolution spatio-temporelle des instruments a longtemps été un obstacle au suivi de ces petits objets très dynamiques dans le temps. Aujourd’hui, les améliorations technologiques permettent d’observer les variations de surface et de hauteur d’eau sur des eaux de surface de plus en plus petites. Cette thèse vise à explorer le fonctionnement hydrologique des plans d’eau en Afrique de l’Ouest, en particulier les plans d’eau de petite taille, et à améliorer leur détection, grâce à l’utilisation de données satellites. Dans cette thèse, les régimes hydrologiques de 37 petits plans d’eau, allant de 0.04 km² à 37.91 km²,  ont été étudiés. Ils sont situés sous les traces altimétriques de Sentinel-3, au Mali, au Burkina Faso et au Niger. Par une approche multi-capteurs, à l’aide de données optiques du Sentinel-2 MultiSpectral Instrument (MSI) et de données altimétriques du Sentinel-3 Synthetic Aperture Radar Altimeter (SRAL), nous estimons le bilan hydrologique de chaque plan d’eau en comparant les variations de hauteurs d’eau en saison sèche avec l’évaporation estimée. Les résultats démontrent les potentialités des données satellites pour l’étude du fonctionnement hydrologique de petits plans d’eau en région semi-aride et ouvrent des perspectives intéressantes pour l’exploitation des données SWOT, altimètre à large fauchée qui permettra de suivre l’ensemble des plans d’eau. Cette thèse se concentre également sur l’amélioration de la détection des eaux de surface en Afrique de l’Ouest. Nous proposons une nouvelle approche conçue pour combler les lacunes des bases de données globales disponibles actuellement qui ne parviennent pas à identifier certains plans d’eau, en particulier ceux avec de la végétation. Cette méthode est basée sur l’apprentissage profond et utilise un réseau de neurones à convolution à architecture U-Net avec des données optiques Sentinel-2 MSI. Les résultats de cette méthode de détection nous permettent de classifier tous les plans d’eau de cette région et d’identifier leur typologie. Finalement, cette thèse offre une perspective innovante sur le suivi des ressources en eau de surface de l’Afrique de l’Ouest, plus particulièrement les petits plans d’eau, caractérisés par différents fonctionnements hydrologiques et différentes typologies. De plus, elle met à disposition des méthodes accessibles et reproductibles pour étudier ces phénomènes.